Les pompes volumétriques, qui soulèvent un volume donné pour chaque cycle de fonctionnement, peuvent être divisées en deux classes principales, à mouvement alternatif et rotatif. Les pompes à mouvement alternatif comprennent les types à piston, à plongeur et à diaphragme ; les pompes rotatives comprennent les pompes à engrenages, à lobes, à vis, à palettes et à cames.
La pompe à plongeur est le type le plus ancien en usage courant. Les pompes à piston et à plongeur sont constituées d’un cylindre dans lequel un piston ou un plongeur se déplace d’avant en arrière. Dans les pompes à piston, le piston se déplace à travers une garniture mécanique fixe et est poussé dans le fluide, tandis que dans les pompes à piston, la garniture mécanique est portée par le piston qui pousse le fluide hors du cylindre. Lorsque le piston se déplace vers l’extérieur, le volume disponible dans le cylindre augmente et le fluide entre par la valve d’entrée unidirectionnelle. Lorsque le piston se déplace vers l’intérieur, le volume disponible dans le cylindre diminue, la pression du fluide augmente et le fluide est expulsé par la valve de sortie. Le taux de pompage varie de zéro au moment où le piston change de direction à un maximum lorsque le piston est à peu près à mi-course. La variation du taux de pompage peut être réduite en utilisant les deux côtés du piston pour pomper le fluide. Les pompes de ce type sont dites à double effet. Les fluctuations du taux de pompage peuvent être encore réduites en utilisant plus d’un cylindre.
Les taux de pompage globaux des pompes à piston peuvent être modifiés en changeant soit la vitesse de va-et-vient de la tige du piston, soit la longueur de la course du piston. Le piston peut être entraîné directement par la vapeur, l’air comprimé ou l’huile hydraulique ou par l’intermédiaire d’une liaison mécanique ou d’une came qui transforme le mouvement rotatif d’une roue motrice en un mouvement alternatif de la tige du piston.
Les pompes à piston et à plongeur sont coûteuses, mais elles sont extrêmement fiables et durables. On sait que les pompes à piston ont fonctionné sans réparation ni remplacement pendant plus de 100 ans.
L’action d’une pompe à diaphragme est similaire à celle d’une pompe à piston dans laquelle le piston est remplacé par une membrane flexible pulsée. Cela permet de surmonter l’inconvénient d’avoir des garnitures de piston en contact avec le fluide à pomper. Comme dans le cas des pompes à piston, le fluide entre et sort de la pompe par des clapets anti-retour. Le diaphragme peut être actionné mécaniquement par un piston directement fixé au diaphragme ou par un fluide tel que l’air comprimé ou l’huile.
Les pompes à diaphragme délivrent un débit pulsé de liquides ou de gaz ou un mélange des deux. Elles sont utiles pour pomper des liquides qui contiennent des particules solides et pour pomper des produits chimiques coûteux, toxiques ou corrosifs où les fuites à travers les garnitures ne peuvent être tolérées.
Les pompes à membrane peuvent fonctionner à sec pendant une période prolongée. En outre, le débit de pompage de la plupart de ces pompes peut être modifié en cours de fonctionnement.
Le type le plus courant de pompe à engrenages est illustré à la figure 1. L’un des engrenages est entraîné et l’autre tourne librement. Un vide partiel, créé par le désengrènement des engrenages en rotation, aspire le fluide dans la pompe. Ce fluide est ensuite transféré de l’autre côté de la pompe entre les dents de l’engrenage rotatif et le boîtier fixe. Lorsque les engrenages rotatifs s’engrènent les uns dans les autres, ils génèrent une augmentation de la pression qui pousse le fluide dans la conduite de sortie. Une pompe à engrenages peut refouler le fluide dans un sens ou dans l’autre, selon le sens de rotation de l’engrenage.
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Une pompe à engrenages interne est illustrée à la figure 2. L’engrenage entraîné est un rotor avec des dents taillées à l’intérieur, qui s’engrènent avec les dents d’un engrenage fou taillé à l’extérieur, placé de façon excentrée par rapport au rotor. La partie en forme de croissant du corps fixe divise le flux de fluide entre le pignon fou et le rotor. Les pompes à engrenages peuvent pomper des liquides contenant des vapeurs ou des gaz. Comme elles dépendent du liquide pompé pour lubrifier les pièces mobiles internes, elles ne conviennent pas au pompage de gaz. Elles fournissent un débit constant avec des pulsations négligeables pour une vitesse de rotor donnée. L’érosion et la corrosion entraînent une augmentation de la quantité de liquide qui glisse dans la pompe. Les pompes à engrenages étant sujettes au colmatage, elles ne conviennent pas au pompage de liquides contenant des particules solides. Cependant, comme elles n’ont pas besoin de clapets anti-retour, elles peuvent être utilisées pour pomper des liquides très visqueux.
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Les pompes à lobes ressemblent aux pompes à engrenages externes, mais ont des rotors avec deux, trois ou quatre lobes à la place des engrenages ; les deux rotors sont tous deux entraînés. Les pompes à lobes ont un rendement plus pulsé que les pompes à engrenages externes et sont moins sujettes à l’usure. Les compresseurs à lobes sont également utilisés pour pomper des gaz ; chaque rotor a deux lobes.
Dans une pompe à vis, un rotor à vis hélicoïdale tourne dans un carter fixe qui est formé de telle sorte que les cavités formées à l’entrée se déplacent vers la décharge lorsque la vis tourne. Lorsqu’une cavité se forme, un vide partiel est créé, ce qui attire le fluide dans la pompe. Ce fluide est ensuite transféré de l’autre côté de la pompe, à l’intérieur de la cavité qui progresse. La forme du corps fixe est telle qu’à l’extrémité de refoulement de la pompe, la cavité se ferme, générant une augmentation de pression qui force le fluide dans la conduite de sortie.
Les pompes à vis peuvent pomper des liquides contenant des vapeurs ou des particules solides. Elles fournissent un débit régulier avec des pulsations négligeables pour une vitesse de rotor donnée. Comme les pompes à vis n’ont pas besoin de clapets anti-retour à l’entrée et à la sortie, elles peuvent être utilisées pour pomper des liquides très visqueux. Bien que les pompes à vis soient encombrantes, lourdes et coûteuses, elles sont robustes, lentes à l’usure et ont une durée de vie exceptionnellement longue.
Une pompe à palettes coulissantes est illustrée à la figure 3. Le rotor est monté de façon excentrée. Des palettes rectangulaires sont positionnées à intervalles réguliers autour de la surface incurvée du rotor. Chaque ailette est libre de se déplacer dans une fente. La force centrifuge de la rotation projette les ailettes vers l’extérieur pour former un joint contre le boîtier fixe. Lorsque le rotor tourne, un vide partiel est créé du côté aspiration de la pompe, ce qui permet d’aspirer le fluide. Ce fluide est ensuite transféré de l’autre côté de la pompe dans l’espace situé entre le rotor et le corps fixe. Du côté du refoulement, le volume disponible est réduit et l’augmentation de pression qui en résulte pousse le fluide dans la conduite de sortie ; le débit de pompage peut être modifié en changeant le degré d’excentricité du rotor. Les pompes à palettes n’ont pas besoin de clapets anti-retour à l’entrée et à la sortie ; elles peuvent pomper des liquides contenant des vapeurs ou des gaz mais ne conviennent pas au pompage de liquides contenant des particules solides. Les compresseurs à palettes sont utilisés pour pomper des gaz.
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Les pompes à palettes fournissent un débit constant avec des pulsations négligeables pour une vitesse de rotor donnée. Elles sont robustes, et leurs palettes, facilement remplaçables, s’autocompensent en cas d’usure. La capacité de pompage n’est pas affectée tant que les aubes ne sont pas fortement usées.